特表 2022-516453 ホモ集積の赤外線フォトニックチップ及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-02-28

(54)【発明の名称】ホモ集積の赤外線フォトニックチップ及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/04 20100101AFI20220218BHJP

   H01S 5/026 20060101ALI20220218BHJP

   H01S 5/11 20210101ALI20220218BHJP

【ＦＩ】

H01L33/04

H01S5/026 618

H01S5/026 612

H01S5/11

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021537056

(86)(22)【出願日】2019-10-24

(85)【翻訳文提出日】2021-06-23

(86)【国際出願番号】 CN2019112932

(87)【国際公開番号】W WO2020134429

(87)【国際公開日】2020-07-02

(31)【優先権主張番号】201811624876.8

(32)【優先日】2018-12-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】518371489

【氏名又は名称】南京郵電大学

【氏名又は名称原語表記】ＮＡＮＪＩＮＧ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＰＯＳＴＳ ＡＮＤ ＴＥＬＥＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．６６ Ｘｉｎ Ｍｏｆａｎ Ｒｏａｄ， Ｇｕｌｏｕ Ｎａｎｊｉｎｇ， Ｊｉａｎｇｓｕ ２１０００３ Ｃｈｉｎａ

(74)【代理人】

【識別番号】110002262

【氏名又は名称】ＴＲＹ国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】王 永進

(72)【発明者】

【氏名】倪 曙▲ゆ▼

(72)【発明者】

【氏名】李 欣

【テーマコード（参考）】

5F173

5F241

【Ｆターム（参考）】

5F173AA01

5F173AD15

5F173AF03

5F173AF32

5F173AF52

5F173AG05

5F173AG11

5F173AH14

5F173AP33

5F173AR94

5F241AA42

5F241CA04

5F241CA05

5F241CA14

5F241CA22

5F241CA39

5F241CA74

5F241CA75

5F241CA83

5F241CB05

5F241CB11

5F241CB32

5F241FF14

(57)【要約】

ホモ集積の赤外線フォトニックチップ及びその製造方法は、情報材料及びデバイスの技術分野に関する。前記ホモ集積の赤外線フォトニックチップは、基板層２０及びいずれも前記基板層２０の表面に位置しているデバイス構造と導波路構造を備え、前記デバイス構造は、前記基板層２０に垂直な方向に順次積み重ねられた下部接触層２２、量子井戸層２３及び上部接触層１３を含み、前記基板層２０、前記下部接触層２２、前記量子井戸層２３及び前記上部接触層１３の材料は、いずれもＩＩＩ－Ｖ族材料であり、前記導波路構造は、ＩＩＩ－Ｖ族材料により製造された導波路層１０を含み、前記導波路層１０と前記下部接触層２２は同じ層に配置されている。当該ホモ集積の赤外線フォトニックチップによれば、チップ内の赤外線帯域での不可視光の伝送を実現し、赤外線光通信デバイスの製造難しさ及び製造コストを低減させる。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板層及びいずれも前記基板層の表面に位置しているデバイス構造と導波路構造を備え、
前記デバイス構造は、前記基板層に垂直な方向に順次積み重ねられた下部接触層、量子井戸層及び上部接触層を含み、前記基板層、前記下部接触層、前記量子井戸層及び前記上部接触層の材料は、いずれもIII－V族材料であり、
前記導波路構造は、III－V族材料により製造された導波路層を含み、前記導波路層と前記下部接触層は同じ層に配置されていることを特徴とするホモ集積の赤外線フォトニックチップ。

【請求項2】

前記基板層の表面に位置し、III－V族材料により製造されたバッファ層をさらに備え、前記下部接触層及び前記導波路層は、いずれも前記バッファ層の表面に位置していることを特徴とする請求項１に記載のホモ集積の赤外線フォトニックチップ。

【請求項3】

前記下部接触層は、階段状を呈しており、階段状の前記下部接触層は、下台面及び前記下台面の表面に凸設された上台面を含み、前記量子井戸層と前記上部接触層は前記上台面に順次積み重ねられ、前記導波路層と前記下部接触層は同じ材料であることを特徴とする請求項１に記載のホモ集積の赤外線フォトニックチップ。

【請求項4】

前記基板層は、ＩｎＰ基板層であり、前記下部接触層及び前記導波路層は、いずれもｎ－ＩｎＰ層であり、前記上部接触層は、ｐ－ＩｎＧａＡｓ層であり、
前記デバイス構造は、前記上台面の表面で前記基板層から前記デバイス構造を指す方向に順次積み重ねられた前記量子井戸層と、ｐ－ＩｎＰスペーサー層と、エッチングストップ層と、ｐ－ＩｎＰクラッド層と、ｐ－ＰＱギャップ・バッファ層と、ｐ－ＩｎＧａＡｓ層と、を含んでいることを特徴とする請求項３に記載のホモ集積の赤外線フォトニックチップ。

【請求項5】

前記基板層の表面に、２つの前記デバイス構造と、２つの前記デバイス構造の間に位置している導波路分離溝とを有し、前記導波路構造は、前記導波路分離溝の底部に位置しており、２つの前記デバイス構造の間で光信号を伝送するために使用されることを特徴とする請求項１に記載のホモ集積の赤外線フォトニックチップ。

【請求項6】

ホモ集積の赤外線フォトニックチップの製造方法において、
III－V族材料により製造された基板層を提供するステップと、
前記基板層の表面にデバイス構造及び導波路構造を形成するステップと、を含み、前記デバイス構造は、前記基板層に垂直な方向に順次積み重ねられた下部接触層、量子井戸層及び上部接触層を含み、前記下部接触層、前記量子井戸層及び前記上部接触層の材料がいずれもIII－V族材料であり、前記導波路構造は、III－V族材料により製造された導波路層を含み、前記導波路層と前記下部接触層は同じ層に配置されることを特徴とするホモ集積の赤外線フォトニックチップの製造方法。

【請求項7】

前記基板層の表面にデバイス構造及び導波路構造を形成するステップの前に、
バッファ層を形成するために、第１のIII－V族材料を前記基板層の表面に堆積するステップをさらに含むことを特徴とする請求項６に記載のホモ集積の赤外線フォトニックチップの製造方法。

【請求項8】

前記基板層の表面にデバイス構造及び導波路構造を形成するステップは、具体的に、
前記バッファ層の表面に第２のIII－V族材料、量子井戸材料、第３のIII－V族材料を順次堆積させて積層構造を形成するステップと、
前記積層構造をエッチングして前記デバイス構造及び前記導波路構造を形成するステップと、を含み、前記デバイス構造は、一部の前記第２のIII－V族材料からなる前記下部接触層、前記量子井戸材料からなる量子井戸層、及び前記第３のIII－V族材料からなる上部接触層を含み、前記導波路構造は、一部の前記第２のIII－V族材料からなる前記導波路層を含むことを特徴とする請求項７に記載のホモ集積の赤外線フォトニックチップの製造方法。

【請求項9】

前記積層構造をエッチングすることは、具体的に、
前記積層構造でデバイス領域及び導波路領域を定義するステップと、
前記積層構造をエッチングして階段状の第２のIII－V族材料層を形成するステップと、を含み、
前記第２のIII－V族材料層は、下台面及び前記下台面に凸設けられた上台面を含み、前記量子井戸層と前記上部接触層は前記上台面に順次積み重ねられ、前記上台面と前記デバイス領域に位置している前記下台面が前記下部接触層を構成し、前記下台面が前記導波路領域まで延在して前記導波路層を形成することを特徴とする請求項８に記載のホモ集積の赤外線フォトニックチップの製造方法。

【請求項10】

前記基板層の表面に、２つの前記デバイス構造及び２つの前記デバイス構造の間に位置している導波路分離溝を有し、前記導波路構造は、前記導波路分離溝の底部に位置しており、２つの前記デバイス構造の間で光信号を伝送するために使用されることを特徴とする請求項６に記載のホモ集積の赤外線フォトニックチップの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、情報材料及びデバイスの技術分野に関し、特に、ホモ集積の赤外線フォトニックチップ及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

赤外線発光ダイオードは、赤外線を放射できるダイオードであり、セキュリティモニタリング、ウェアラブルデバイス、赤外線通信、赤外線リモートコントロール装置、センサー用光源及び夜間照明等の分野、特にガス検出分野で使用される。しかし、現在、市場には独立した赤外線発光ダイオード又は赤外線受信ダイオードしかない。従って、赤外線光通信デバイスを製造する場合、異なる材料にダイオードデバイス及び導波路デバイスを別々に製造する必要がある。即ち、従来技術における赤外線光通信デバイスはいずれもヘテロ集積デバイスであり、赤外線光通信デバイスの製造難しさ及び製造コストを大幅に増加している。

【0003】

従って、赤外線光通信デバイスの製造難しさ及び製造コストをどのように低減するかは、現在、解決されるべき緊急の技術的問題である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、従来の赤外線光通信デバイスの製造が難しく、製造コストが高いという問題を解決するために使用されるホモ集積の赤外線フォトニックチップ及びその製造方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記の問題を解決するために、本発明は、基板層及びいずれも前記基板層の表面に位置しているデバイス構造と導波路構造を備え、
前記デバイス構造は、前記基板層に垂直な方向に順次積み重ねられた下部接触層、量子井戸層及び上部接触層を含み、前記基板層、前記下部接触層、前記量子井戸層及び前記上部接触層の材料は、いずれもIII－V族材料であり、
前記導波路構造は、III－V族材料により製造された導波路層を含み、前記導波路層と前記下部接触層は同じ層に配置されているホモ集積の赤外線フォトニックチップを提供する。

【0006】

好ましくは、前記基板層の表面に位置し、III－V族材料により製造されたバッファ層をさらに備え、前記下部接触層及び前記導波路層は、いずれも前記バッファ層の表面に位置している。

【0007】

好ましくは、前記下部接触層は、階段状を呈しており、階段状の前記下部接触層は、下台面及び前記下台面の表面に凸設された上台面を含み、前記量子井戸層と前記上部接触層は前記上台面に順次積み重ねられ、前記導波路層と前記下部接触層は同じ材料である。

【0008】

好ましくは、前記基板層は、ＩｎＰ基板層であり、前記下部接触層及び前記導波路層は、いずれもｎ－ＩｎＰ層であり、前記上部接触層は、ｐ－ＩｎＧａＡｓ層であり、
前記デバイス構造は、前記上台面の表面で前記基板層から前記デバイス構造を指す方向に順次積み重ねられた量子井戸層と、ｐ－ＩｎＰスペーサー層と、エッチングストップ層と、ｐ－ＩｎＰクラッド層と、ｐ－ＰＱギャップ・バッファ層と、ｐ－ＩｎＧａＡｓ層と、を含んでいる。

【0009】

好ましくは、前記基板層の表面に、２つの前記デバイス構造と、２つの前記デバイス構造の間に位置している導波路分離溝とを有し、前記導波路構造は、前記導波路分離溝の底部に位置しており、２つの前記デバイス構造の間で光信号を伝送するために使用される。

【0010】

上記の問題を解決するために、本発明は、ホモ集積の赤外線フォトニックチップの製造方法も提供しており、
III－V族材料により製造された基板層を提供するステップと、
前記基板層の表面にデバイス構造及び導波路構造を形成するステップと、を含み、前記デバイス構造は、前記基板層に垂直な方向に順次積み重ねられた下部接触層、量子井戸層及び上部接触層を含み、前記下部接触層、前記量子井戸層及び前記上部接触層の材料がいずれもIII－V族材料であり、前記導波路構造は、III－V族材料により製造された導波路層を含み、前記導波路層と前記下部接触層は同じ層に配置される。

【0011】

好ましくは、前記基板層の表面にデバイス構造及び導波路構造を形成するステップの前に、
バッファ層を形成するために、第１のIII－V族材料を前記基板層の表面に堆積するステップをさらに含む。

【0012】

好ましくは、前記基板層の表面にデバイス構造及び導波路構造を形成するステップは、具体的に、
前記バッファ層の表面に第２のIII－V族材料、量子井戸材料、第３のIII－V族材料を順次堆積させて積層構造を形成するステップと、
前記積層構造をエッチングして前記デバイス構造及び前記導波路構造を形成するステップと、を含み、前記デバイス構造は、一部の前記第２のIII－V族材料からなる前記下部接触層、前記量子井戸材料からなる量子井戸層、及び前記第３のIII－V族材料からなる上部接触層を含み、前記導波路構造は、一部の前記第２のIII－V族材料からなる前記導波路層を含む。

【0013】

好ましくは、前記積層構造をエッチングすることは、具体的に、
前記積層構造でデバイス領域及び導波路領域を定義するステップと、
前記積層構造をエッチングして階段状の第２のIII－V族材料層を形成するステップと、を含み、
前記第２のIII－V族材料層は、下台面及び前記下台面に凸設けられた上台面を含み、前記量子井戸層と前記上部接触層は前記上台面に順次積み重ねられ、前記上台面と前記デバイス領域に位置している下台面が前記下部接触層を構成し、前記下台面が前記導波路領域まで延在して前記導波路層を形成する。

【0014】

好ましくは、前記基板層の表面に、２つの前記デバイス構造と、２つの前記デバイス構造の間に位置している導波路分離溝とを有し、前記導波路構造は、前記導波路分離溝の底部に位置しており、２つの前記デバイス構造の間で光信号を伝送するために使用される。

【発明の効果】

【0015】

本発明が提供するホモ集積の赤外線フォトニックチップ及びその製造方法は、導波路構造及びデバイス構造をIII－V族材料からなる基板上に集積し、同様に、III－V族材料により前記導波路構造及び前記デバイス構造を製造し、前記デバイス構造における下部接触層と前記導波路構造における導波路層を同じ層に配置することで、導波路構造とデバイス構造をホモ集積する目的が達成され、さらにチップ内の赤外線帯域での不可視光の伝送が実現され、赤外線光通信デバイスの製造難しさ及び製造コストを低減させる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1A】本発明の特定の実施形態におけるホモ集積の赤外線フォトニックチップの構造を示す模式的な上面図である。

【図1B】本発明の特定の実施形態における他のホモ集積の赤外線フォトニックチップの構造を示す模式的な上面図である。

【図2】図１ＡのＸ軸方向に沿った断面模式図である。

【図3】図１ＡのＹ軸方向に沿った断面模式図である。

【図4】図１ＢのＹ軸方向に沿った断面模式図である。

【図5】本発明の特定の実施形態におけるホモ集積の赤外線フォトニックチップの製造方法のフローチャートである。

【図6A-6L】本発明の特定の実施形態によるホモ集積の赤外線フォトニックチップの製造過程における主なプロセスの断面模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

下面、本発明が提供するホモ集積の赤外線フォトニックチップ及びその製造方法の特定の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

【0018】

当該特定の実施形態は、ホモ集積の赤外線フォトニックチップを提供しており、図１Ａは本発明の特定の実施形態におけるホモ集積の赤外線フォトニックチップの構造を示す模式的な上面図であり、図１Ｂは本発明の特定の実施形態における他のホモ集積の赤外線フォトニックチップの構造を示す模式的な上面図であり、図２は図１ＡのＸ軸方向に沿った断面模式図であり、図３は図１ＡのＹ軸方向に沿った断面模式図であり、図４は図１ＢのＹ軸方向に沿った断面模式図である。

【0019】

図１Ａ～図１Ｂ及び図２～図４に示すように、当該特定の実施形態が提供するホモ集積の赤外線フォトニックチップは、基板層２０及びいずれも前記基板層２０の表面に位置しているデバイス構造と導波路構造を備え、前記デバイス構造は、前記基板層２０に垂直な方向に順次積み重ねられた下部接触層２２、量子井戸層２３及び上部接触層１３を含み、前記基板層２０、前記下部接触層２２、前記量子井戸層２３及び前記上部接触層１３の材料は、いずれもIII－V族材料であり、前記導波路構造は、III－V族材料により製造された導波路層１０を含み、前記導波路層１０と前記下部接触層２２は同じ層に配置されている。

【0020】

当該特定の実施形態では、前記基板層２０の表面に前記デバイス構造及び前記導波路構造を同時に集積しており、図１中のＹ軸方向に沿った断面図において、デバイス構造における前記下部接触層２２、前記量子井戸層２３及び前記上部接触層１３が前記基板層２０に垂直な方向に沿って順次積層されている。図１中のＸ軸方向に沿った断面図において、前記デバイス構造と前記導波路構造の導波路層１０は、前記基板層２０に平行な方向に沿って配置され、赤外線光信号は前記デバイス構造と前記導波路構造との間で伝送される。当該特定の実施形態は、チップ内の赤外線帯域での不可視光の伝送を実現し、赤外線光通信デバイスの製造難しさ及び製造コストを低減させる。同時に、ホモ集積構造によりチップ内の発光ダイオードの光源の利用効率が向上され、光通信及び光センシング用のフォトニックデバイスの開発に新しい方向性を提供している。

【0021】

好ましくは、前記ホモ集積の赤外線フォトニックチップは、前記基板層２０の表面に位置し、III－V族材料により製造されたバッファ層２１をさらに備え、前記下部接触層２２及び前記導波路層１０は、いずれも前記バッファ層２１の表面に位置している。

【0022】

具体的には、前記バッファ層２１は、前記基板層２０の表面にエピタキシャル成長し、前記バッファ層２１の材料は前記基板層２０の材料と同じであっても異なってもよく、前記基板層２０と前記デバイス構造との間の応力を調整するために使用される。前記導波路層１０は、前記導波路層１０の真下の領域に位置する一部の前記バッファ層２１と一緒に前記導波路構造を構成する。

【0023】

好ましくは、前記下部接触層２２は、階段状を呈しており、階段状の前記下部接触層２２は、下台面及び前記下台面の表面に凸設けられた上台面を含み、前記量子井戸層２３と前記上部接触層１３は前記上台面に順次積み重ねられ、前記導波路層１０と前記下部接触層２２は同じ材料である。

【0024】

好ましくは、前記基板層２０は、ＩｎＰ基板層であり、前記下部接触層２２及び前記導波路層１０は、いずれもｎ－ＩｎＰ層であり、前記上部接触層１３は、ｐ－ＩｎＧａＡｓ層であり、前記デバイス構造は、前記上台面の表面で前記基板層から前記デバイス構造を指す方向に順次積み重ねられた量子井戸層２３と、ｐ－ＩｎＰスペーサー層２４と、エッチングストップ層２５と、ｐ－ＩｎＰクラッド層２６と、ｐ－ＰＱギャップ・バッファ層２７と、ｐ－ＩｎＧａＡｓ層と、を含んでいる。

【0025】

ここで、ｐ－ＰＱギャップ・バッファ層２７におけるＰＱは、Ｉｎ、Ｐ、Ｇａ、及びＡｓの４つの元素から構成される化合物を表す。上記の様々な材料を組み合わせて製造された前記ホモ集積の赤外線フォトニックチップにおいて、前記デバイス構造によって生成できる光の波長は１５５０ｎｍであり、これは赤外線帯域の不可視光に属する。もちろん、当業者であれば、赤外線光信号を生成することができる限り、必要に応じて他のIII－V族材料を選択して前記デバイス構造を製造することができる。

【0026】

具体的に、前記バッファ層２１はＩｎＰ層又はＧａＡｓ層であり得る。前記バッファ層２１の表面は、前記デバイス構造を有するデバイス領域と、前記導波路層１０を有する導波路領域と、を含んでいる。前記デバイス領域に位置する前記ｎ－ＩｎＰ層は前記下部接触層２２を構成し、前記下部接触層２２は階段状を呈しており、前記量子井戸層２３、前記ｐ－ＩｎＰスペーサー層２４、前記エッチングストップ層２５、前記ｐ－ＩｎＰクラッド層２６、前記ｐ－ＰＱギャップ・バッファ層２７、及び前記ｐ－ＩｎＧａＡｓ層は、前記基板層２０に垂直な方向に沿って前記上台面に順次積み重ねられる。前記導波路領域に位置する前記ｎ－ＩｎＰ層が前記導波路層１０を構成する。製造プロセスを簡素化するために、前記導波路層１０は前記下台面と同じ厚さを有する。

【0027】

当該特定の実施形態では、図１Ａ及び図３に示すように、前記導波路層１０と前記下部接触層２２との間に、前記基板層２０に垂直な方向に沿って前記ｎ－ＩｎＰ層を貫通する開口がある。

【0028】

他の特定の実施形態では、図１Ｂ及び図４に示すように、前記導波路層１０は、前記下部接触層２２の前記下台面に接続されている。即ち、前記下部接触層２２の前記下台面は前記導波路領域まで延在して、前記導波路層１０を形成する。

【0029】

ｐ－電極１２は、前記ｐ－ＩｎＧａＡｓ層の表面に位置しており、ｎ－電極１１は、前記下部接触層２２の前記下台面の表面に位置している。前記ｐ－電極１２及び前記ｎ－電極１１の材料は、いずれもチタン、白金又は金であり得る。

【0030】

好ましくは、前記基板層２０の表面に、２つの前記デバイス構造と、２つの前記デバイス構造の間に位置している導波路分離溝とを有し、前記導波路構造は、前記導波路分離溝の底部に位置しており、２つの前記デバイス構造の間で光信号を伝送するために使用される。

【0031】

具体的に、前記導波路分離溝は、２つの前記デバイス構造を電気的に分離するために使用される。前記導波路構造は、２つの完全に同一の前記デバイス構造の間に位置しており、２つの前記デバイス構造の一方は光信号の送信端として機能し、他方は光信号の受信端として機能することで、赤外線光信号は前記導波路構造を介して前記送信端と前記受信端との間を伝送する。２つの前記デバイス構造と２つの前記デバイス構造の間に位置している前記導波路構造とが１対のフォトニック通信デバイスを構成する。当該特定の実施形態により提供される前記ホモ集積の赤外線フォトニックチップにおいて、１対のフォトニック通信デバイスのみを含んでもよく、複数対のフォトニック通信デバイスを含んでもよい。当業者であれば、実際の必要に応じて選択することができる。

【0032】

当該特定の実施形態では、前記デバイス構造における前記下部接触層２２が前記導波路構造における前記導波路層１０に接続されているかどうかに関係なく、２つの前記デバイス構造は、いずれも前記導波路層１０の上方の前記導波路分離溝によって電気的に分離することができ、赤外線フォトニックチップのホモ集積や、不可視光のチップ内の伝送を実現すると共に、前記ホモ集積の赤外線フォトニックチップの製造プロセスを簡素化することができる。前記下部接触層２２が前記導波路層１０に接続されていない場合、２つの前記デバイス構造をより良好に電気的に分離することができ、前記下部接触層２２が前記導波路層１０に接続されている場合、製造プロセスを大幅に簡素化することができる。

【0033】

それだけでなく、この特定の実施形態はホモ集積の赤外線フォトニックチップの製造方法も提供している。図５は本発明の特定の実施形態におけるホモ集積の赤外線フォトニックチップの製造方法のフローチャートであり、図６Ａ～図６Ｌは本発明の特定の実施形態によるホモ集積の赤外線フォトニックチップの製造過程における主なプロセスの断面模式図である。この特定の実施形態で製造されたホモ集積の赤外線フォトニックチップの構造は、図１Ａ、図１Ｂ、及び図２～図４を参照すればよい。図１Ａ、図１Ｂ、図２～図５、及び図６Ａ～図６Ｌに示すように、当該特定の実施形態で提供されるホモ集積の赤外線フォトニックチップの製造方法は、以下のステップを含む。

【0034】

ステップＳ４１：III－V族材料により製造された基板層２０を提供する。

【0035】

ステップＳ４２：前記基板層２０の表面にデバイス構造及び導波路構造を形成する。前記デバイス構造は、前記基板層に垂直な方向に順次積み重ねられた下部接触層２２、量子井戸層２３及び上部接触層１３を含み、前記下部接触層２２、前記量子井戸層２３及び前記上部接触層１３の材料がいずれもIII－V族材料であり、前記導波路構造は、III－V族材料により製造された導波路層１０を含み、前記導波路層１０と前記下部接触層２２は同じ層に配置されている。

【0036】

好ましくは、前記基板層２０の表面にデバイス構造及び導波路構造を形成するステップの前に、バッファ層２１を形成するために、第１のIII－V族材料を前記基板層２０の表面に堆積するステップをさらに含む。

【0037】

好ましくは、前記基板層２０の表面にデバイス構造及び導波路構造を形成するステップは、具体的に、図６Ａに示すように、前記バッファ層２１の表面に第２のIII－V族材料、量子井戸材料、第３のIII－V族材料を順次堆積させて積層構造を形成するステップと、前記積層構造をエッチングして前記デバイス構造及び前記導波路構造を形成するステップと、を含み、前記デバイス構造は、一部の前記第２のIII－V族材料からなる前記下部接触層２２、前記量子井戸材料からなる量子井戸層２３、及び前記第３のIII－V族材料からなる上部接触層１３を含み、前記導波路構造は、一部の前記第２のIII－V族材料からなる前記導波路層１０を含む。

【0038】

好ましくは、前記積層構造をエッチングすることは、具体的に、
前記積層構造でデバイス領域及び導波路領域を定義するステップと、
前記積層構造をエッチングして階段状の第２のIII－V族材料層を形成するステップと、を含み、
前記第２のIII－V族材料層は、下台面及び前記下台面に凸設けられた上台面を含み、前記量子井戸層２３と前記上部接触層１３は前記上台面に順次積み重ねられ、前記上台面と前記デバイス領域に位置している下台面が前記下部接触層２２を構成し、前記下台面が前記導波路領域まで延在して前記導波路層１０を形成する。

【0039】

この時、図１Ａ、図２、及び図３に示すように、形成されたホモ集積の赤外線フォトニックチップの構造において、前記下部接触層２２は前記導波路層１０に接続される。

【0040】

他の特定の実施形態において、図１Ｂ及び図４に示すような構造を得るために、前記積層構造をエッチングした後に、前記導波路領域と前記デバイス領域との間の前記下台面をエッチングして、前記バッファ層まで貫通する開口を形成すると共に、一部の前記下台面からなる前記導波路層１０を形成する。

【0041】

前記第１のIII－V族材料はＩｎＰ材料であり、前記第２のIII－V族材料はｎ－ＩｎＰ材料であり、前記第３のIII－V族材料はｐ－ＩｎＧａＡｓであり、前記基板層２０の材料はＩｎＰ材料である。以下、図１Ｂ及び図４に示すような構造を形成することを例として説明する。前記基板層２０の表面にデバイス構造及び導波路構造を形成するステップは、具体的に以下のステップを含む。

【0042】

（１）図６Ａに示すように、前記基板層２０の表面にＩｎＰ層、ｎ－ＩｎＰ層、量子井戸層、ｐ－ＩｎＰスペーサー層、エッチングストップ層、ｐ－ＩｎＰクラッド層、ｐ－ＰＱギャップ・バッファ層、及びｐ－ＩｎＧａＡｓ層を順次堆積して積層構造を形成する。

【0043】

（２）図６Ｂに示すように、前記積層構造の表面に第１のフォトレジスト層５０１を均一にコーティングし、前記第１のフォトレジスト層５０１でデバイス領域及び導波路領域を定義する。

【0044】

（３）反応性イオンビームを用いて前記積層構造をエッチングし、図６Ｃに示すような階段状構造を形成し、残りの前記第１のフォトレジスト層５０１を除去した後、最終的に図６Ｄに示すような構造が得られる。具体的に、エッチングすることで階段状の前記ｎ－ＩｎＰ層を形成する。ここで、前記デバイス領域に位置する前記ｎ－ＩｎＰ層は、下台面及び前記下台面の表面に凸設けられた上台面を含み、前記ｎ－ＩｎＰ層の下台面は前記導波路領域まで延在する。同時に、前記上台面に位置している前記量子井戸層、前記ｐ－ＩｎＰスペーサー層、前記エッチングストップ層、前記ｐ－ＩｎＰクラッド層、前記ｐ－ＰＱギャップ・バッファ層、及び前記ｐ－ＩｎＧａＡｓ層のみを残し、前記下台面に位置している前記量子井戸層、前記ｐ－ＩｎＰスペーサー層、前記エッチングストップ層、前記ｐ－ＩｎＰクラッド層、前記ｐ－ＰＱギャップ・バッファ層、及び前記ｐ－ＩｎＧａＡｓ層はいずれも除去し、導波路分離溝を形成すると共に、前記上台面に位置する前記量子井戸層２３、前記ｐ－ＩｎＰスペーサー層２４、前記エッチングストップ層２５、前記ｐ－ＩｎＰクラッド層２６、前記ｐ－ＰＱギャップ・バッファ層２７、及び前記上部接触層１３を形成し、前記デバイス領域に位置している階段状の前記ｎ－ＩｎＰ材料層が前記下部接触層２２を構成する。

【0045】

（４）図６Ｅに示すように、図６Ｄに示すような構造の表面に第２のフォトレジスト層５０２を均一にコーティングし、図６Ｆに示すように、前記第２のフォトレジスト層５０２でｐ－電極窓口領域１２１及びｎ－電極窓口領域１１１を定義し、図６Ｇに示すように、前記ｐ－電極窓口領域１２１と前記ｎ－電極窓口領域１１１にチタン、白金又は金を蒸着して、オーミック接触を形成し、ｐ－電極１２及びｎ－電極１１を得る。残りの前記第２のフォトレジスト層５０２を除去して、最終的に図６Ｈに示すような発光ダイオード構造が得られる。

【0046】

（５）図６Ｉに示すように、図６Ｈに示すような発光ダイオード構造が形成された前記基板層２０の表面に第３のフォトレジスト層５０３を均一にコーティングし、図６Ｊに示すように、前記第３のフォトレジスト層で前記導波路領域、前記デバイス領域及び前記導波路領域と前記デバイス領域との間のスペーサー領域５１を再び定義し、次に、図６Ｋに示すように、反応性イオンビームによるエッチングプロセスを用いて、前記スペーサー領域５１に位置する下台面から前記バッファ層２１までの前記ｎ－ＩｎＰ材料層をエッチングして、前記下台面を貫通する開口を形成し、残りの前記第３のフォトレジスト層５０３を除去した後、最終的に図６Ｌに示すような構造が得られる。

【0047】

好ましくは、前記基板層２０の表面に、２つの前記デバイス構造と、２つの前記デバイス構造の間に位置している導波路分離溝とを有し、前記導波路構造は、前記導波路分離溝の底部に位置しており、２つの前記デバイス構造の間で光信号を伝送するために使用される。

【0048】

具体的に、２つの前記デバイス構造が完全に同一であるため、２つの前記デバイス構造と前記導波路構造は同期製造することができ、前記ホモ集積の赤外線フォトニックチップの製造プロセスをさらに簡素化し、製造コストを削減する。

【0049】

この特定の実施形態が提供するホモ集積の赤外線フォトニックチップ及びその製造方法は、導波路構造及びデバイス構造をIII－V族材料からなる基板上に集積し、同様に、III－V族材料により前記導波路構造及び前記デバイス構造を製造し、前記導波路構造と前記デバイス構造との間にギャップを形成して、導波路構造とデバイス構造をホモ集積する目的が達成され、さらにチップ内の赤外線帯域での不可視光の伝送が実現され、赤外線光通信デバイスの製造難しさ及び製造コストを低減させる。

【0050】

上記は、本発明の好ましい実施形態の説明に過ぎず、本技術分野の当業者であれば、本発明の原理から逸脱しない前提の下で、いくつかの改善及び修正をこともでき、これらの改善及び修正も本発明の保護範囲とみなされることに留意されたい。

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図6D】

【図6E】

【図6F】

【図6G】

【図6H】

【図6I】

【図6J】

【図6K】

【図6L】

【国際調査報告】